Fisica de la RM
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Fsica de la RMNFsica
M.Sc. Daniel Fino V.
Fundacion Escuela de Medicina NuclearMendoza, Argentina
Seminario de RMN, 2011
D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 1 / 25
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Contenido
Contenido
1 Generalidades
2 Ondas electromagneticas
3 Modelo Atomico
4 Campo magnetico
D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 2 / 25
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Contenido
Contenido
1 Generalidades
2 Ondas electromagneticas
3 Modelo Atomico
4 Campo magnetico
D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 2 / 25
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Contenido
Contenido
1 Generalidades
2 Ondas electromagneticas
3 Modelo Atomico
4 Campo magnetico
D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 2 / 25
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Contenido
Contenido
1 Generalidades
2 Ondas electromagneticas
3 Modelo Atomico
4 Campo magnetico
D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 2 / 25
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... Someone told me that each equation I included inthe book would halve the sales
A Brief History of Time (1988), Stephen Hawking
A menos que se mencione lo contrario, todas las imagenes, videosy espectros anatomicos que se muestren en la presentacion fueron
adquiridas en el servicio de RMN de alto campo (FUESMEN)
D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 3 / 25
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Generalidades
Contenido
1 Generalidades
2 Ondas electromagneticas
3 Modelo Atomico
4 Campo magnetico
D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 4 / 25
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Generalidades
Importan dos topicos claves...
Onda electromagnetica
Como se estimula y se recibe informacion
Electricidad y Magnetismo
Cursos de Fsica II
Modelo atomico
Porque pasa lo anterior !!!
Fsica moderna
Cursos de Fsica III
Maxwell, Einstein, Planck, Poincare, Lorentz
D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 5 / 25
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Generalidades
Importan dos topicos claves...
Onda electromagnetica
Como se estimula y se recibe informacion
Electricidad y Magnetismo
Cursos de Fsica II
Modelo atomico
Porque pasa lo anterior !!!
Fsica moderna
Cursos de Fsica III
Maxwell, Einstein, Planck, Poincare, Lorentz
D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 5 / 25
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Ondas Electromagneticas
Contenido
1 Generalidades
2 Ondas electromagneticas
3 Modelo Atomico
4 Campo magnetico
D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 6 / 25
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Ondas Electromagneticas
Onda electromagnetica
Semejante al movimiento constante de un automovil...
Distancia = Velocidad tiempo = c T = c 1
(1)
~E carga estatica, ~B carga dinamica.
c es constante !!!
y cambian coordinandose mutuamente
Dualidad onda/corpusculo = FOTON
D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 7 / 25
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Ondas Electromagneticas
Onda electromagnetica
Semejante al movimiento constante de un automovil...
Distancia = Velocidad tiempo = c T = c 1
(1)
~E carga estatica, ~B carga dinamica.
c es constante !!!
y cambian coordinandose mutuamente
Dualidad onda/corpusculo = FOTON
D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 7 / 25
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Ondas Electromagneticas
Onda electromagnetica
Semejante al movimiento constante de un automovil...
Distancia = Velocidad tiempo = c T = c 1
(1)
~E carga estatica, ~B carga dinamica.
c es constante !!!
y cambian coordinandose mutuamente
Dualidad onda/corpusculo = FOTON
D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 7 / 25
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Ondas Electromagneticas
Espectro electromagnetico
3 Hz hasta 300 GHz .. Ondas de radio o RF
3-30 MHz, RF de alta frecuencia
Horno microondas (2.4 GHz)
Radiacion ionizante (3 PHz)
D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 8 / 25
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Ondas Electromagneticas
Espectro electromagnetico
3 Hz hasta 300 GHz .. Ondas de radio o RF
3-30 MHz, RF de alta frecuencia
Horno microondas (2.4 GHz)
Radiacion ionizante (3 PHz)
D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 8 / 25
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Ondas Electromagneticas
Ley de induccion de Faraday
El voltaje inducido en un circuito cerrado es directamente proporcional a la
rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magnetico que atraviesa una
superficie cualquiera con el circuito como borde.
induction.avi
Play/Pause
Ir a RF
Voltaje inducido:
Cambio del campomagnetico ~B en eltiempo y superficie
TENGO UNASENAL QUE LAPUEDOMANIPULAR !!!(Computacional-mente)
D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 9 / 25
induction.aviMedia File (video/avi)
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Modelo Atomico
Contenido
1 Generalidades
2 Ondas electromagneticas
3 Modelo Atomico
4 Campo magnetico
D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 10 / 25
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Modelo Atomico
Modelo atomico
En primera aproximacion... La materia es algo vaca...
Modelo actual:Schrodinger = Nubede probabilidad
El diametro del nucleo esaprox. 100000 veces menorque el atomo.
7 Hagamos una analoga ...
D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 11 / 25
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Modelo Atomico
Modelo atomico
En primera aproximacion... La materia es algo vaca...
Modelo actual:Schrodinger = Nubede probabilidad
El diametro del nucleo esaprox. 100000 veces menorque el atomo.
7 Hagamos una analoga ...
D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 11 / 25
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Modelo Atomico
Si el nucleo fuera deltamano de una bola deping-pong...
El atomo sera del tamano de esta vistaaerea de B.Aires.
problema...
Para interactuar con un nucleo... mucho flujo de FOTONES !!!
D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 12 / 25
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Modelo Atomico
Si el nucleo fuera deltamano de una bola deping-pong...
El atomo sera del tamano de esta vistaaerea de B.Aires.
problema...
Para interactuar con un nucleo... mucho flujo de FOTONES !!!
D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 12 / 25
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Modelo Atomico
Propiedades de las partculas ...
Masa Carga
Espn (~I )
Concepto complejo... (del ingles spin =giro)
propiedad de las partculas sub-atomicas, por
la cual tienen un momento angular intrnseco
de valor fijo
D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 13 / 25
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Modelo Atomico
Espn
propiedad de las partculas sub-atomicas, por la cual tienen unmomento angular intrnseco de valor fijo
Momento Angular:Rotacion caracterstica devalor fijo
No tiene cualquier valor
Valores...
~Ie-,P+,N =12
~Ifoton = 1
Si, el neutron y el fotontienen espn !!!
pero ... y en el nucleo donde hay muchas cosas ...
D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 14 / 25
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Modelo Atomico
Espn
propiedad de las partculas sub-atomicas, por la cual tienen unmomento angular intrnseco de valor fijo
Momento Angular:Rotacion caracterstica devalor fijo
No tiene cualquier valor
Valores...
~Ie-,P+,N =12
~Ifoton = 1
Si, el neutron y el fotontienen espn !!!
pero ... y en el nucleo donde hay muchas cosas ...
D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 14 / 25
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Modelo Atomico
Espn del nucleo
Nucleo: Sus componentes interactuan, se acoplan ...Nos interesan nucleos con espn 12
porque ??? = solo dos estados... | > y | >Otros requerimientos...
Nucleos abundantes (biomoleculas)
Magneticamente susceptibles
Solucion !!!1H, 31P
Otras... sustituyo el 13C por el 12C ... 15N por el 14N
D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 15 / 25
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Modelo Atomico
Espn del nucleo
Nucleo: Sus componentes interactuan, se acoplan ...Nos interesan nucleos con espn 12
porque ??? = solo dos estados... | > y | >Otros requerimientos...
Nucleos abundantes (biomoleculas)
Magneticamente susceptibles
Solucion !!!1H, 31P
Otras... sustituyo el 13C por el 12C ... 15N por el 14N
D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 15 / 25
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Modelo Atomico
Espn del nucleo
Nucleo: Sus componentes interactuan, se acoplan ...Nos interesan nucleos con espn 12
porque ??? = solo dos estados... | > y | >Otros requerimientos...
Nucleos abundantes (biomoleculas)
Magneticamente susceptibles
Solucion !!!1H, 31P
Otras... sustituyo el 13C por el 12C ... 15N por el 14N
D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 15 / 25
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Modelo Atomico
Niveles de energa
Un poco de fsica moderna ycuantica...Nos interesa el NUCLEO
Los nucleos tienen niveles
discretos de energa
Para ir de un estado aotro... ganar o perderfoton !!
Todos los nucleos sondiferentes
D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 16 / 25
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Modelo Atomico
Niveles de energa
Un poco de fsica moderna ycuantica...Nos interesa el NUCLEO
Los nucleos tienen niveles
discretos de energa
Para ir de un estado aotro... ganar o perderfoton !!
Todos los nucleos sondiferentes
D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 16 / 25
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Campo magnetico
Contenido
1 Generalidades
2 Ondas electromagneticas
3 Modelo Atomico
4 Campo magnetico
D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 17 / 25
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Campo magnetico
Que pasa con el espn ??
Se alinea con ~B , NO CAMBIA SU ROTACION !!
A favor del campo: menor energa
El problema del eje z ...
7 Consecuencias en los niveles de energa...D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 18 / 25
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Campo magnetico
Que pasa con el espn ??
Se alinea con ~B , NO CAMBIA SU ROTACION !!
A favor del campo: menor energa
El problema del eje z ...
7 Consecuencias en los niveles de energa...D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 18 / 25
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Campo magnetico
Niveles de energa ...
Hagamos una analoga con la masa...
Que pasa cuando saltamos ???
La masa (sus efectos) toma mas relevancia en un campo gravitatorio !!
Igual pasa con el espn !!D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 19 / 25
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Campo magnetico
Niveles de energa ... Ahora con ~B
... se denomina desdoblamiento de niveles
Cambios de energa mucho mas pequenos !!!
D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 20 / 25
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Campo magnetico
Niveles de energa ... Ahora con ~B
... se denomina desdoblamiento de niveles
Cambios de energa mucho mas pequenos !!!
D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 20 / 25
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Campo magnetico
... Efecto Zeeman
Una grafica que han visto... ven... y/o veran !!!!!
La energa entre los dos niveles (I = 12)... depende de~B
D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 21 / 25
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Campo magnetico
De lo sub-atomico a lo macroscopico
Vamos por pasos...
A nivel sub-atomico
Espn (Spin) = Precesa alrededor ~B0 !!!Varias orientaciones !!!
Magnetismo !!! momento magnetico de espn ~ conceptosub-atomico
A nivel macroscopico(Estadstica ... lejos de ser sencilla !!)
Magnetizacion de los ~ de una muestra (paciente)~M : Tiene direccion y depende de la alineacion de los ~s
D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 22 / 25
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Campo magnetico
De lo sub-atomico a lo macroscopico
Vamos por pasos...
A nivel sub-atomico
Espn (Spin) = Precesa alrededor ~B0 !!!Varias orientaciones !!!
Magnetismo !!! momento magnetico de espn ~ conceptosub-atomico
A nivel macroscopico(Estadstica ... lejos de ser sencilla !!)
Magnetizacion de los ~ de una muestra (paciente)~M : Tiene direccion y depende de la alineacion de los ~s
D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 22 / 25
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Campo magnetico
De lo sub-atomico a lo macroscopico
Vamos por pasos...
A nivel sub-atomico
Espn (Spin) = Precesa alrededor ~B0 !!!Varias orientaciones !!!
Magnetismo !!! momento magnetico de espn ~ conceptosub-atomico
A nivel macroscopico(Estadstica ... lejos de ser sencilla !!)
Magnetizacion de los ~ de una muestra (paciente)~M : Tiene direccion y depende de la alineacion de los ~s
D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 22 / 25
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Campo magnetico
De lo sub-atomico a lo macroscopico
Vamos por pasos...
A nivel sub-atomico
Espn (Spin) = Precesa alrededor ~B0 !!!Varias orientaciones !!!
Magnetismo !!! momento magnetico de espn ~ conceptosub-atomico
A nivel macroscopico(Estadstica ... lejos de ser sencilla !!)
Magnetizacion de los ~ de una muestra (paciente)~M : Tiene direccion y depende de la alineacion de los ~s
D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 22 / 25
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Campo magnetico
Que es la magnetizacion ... ??
Magnetizacion, imantacion o imanacion:
El grado de habilidad de un material para generar uncampo magnetico en si mismo en presencia de un campo
magnetico externo
Aparecen conceptos como ...
Permeabilidad magnetica ...
Susceptibilidad magnetica ...
Son coeficientes que permiten clasificar los materiales.
D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 23 / 25
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Campo magnetico
Que es la magnetizacion ... ??
Magnetizacion, imantacion o imanacion:
El grado de habilidad de un material para generar uncampo magnetico en si mismo en presencia de un campo
magnetico externo
Aparecen conceptos como ...
Permeabilidad magnetica ...
Susceptibilidad magnetica ...
Son coeficientes que permiten clasificar los materiales.
D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 23 / 25
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Campo magnetico
... la ultima de Teora
Materiales Ferromagneticos
Facilmente magnetizables, gen-eran un campo magnetico en s mis-mos... atraen el campo. Fe, Ni, Gd.
Materiales Paramagneticos
Difciles de magnetizar. No interac-tuan significativamente con ~B . Aire,Al, Na, Li, Gd
Materiales Diamagneticos
Actuan debilmente en contra delcampo., repelen el campo..... H,He, S, Cu, Agua
D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 24 / 25
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Campo magnetico
Charlas recomendadas
Ver antes: Introduccion a la RM
Seguir con: Magnetizacion en RM
Informacion sobre seminario
www.resonanciaaltocampo.com
fadesa.org.ar/fadesa
Red interna: entransito en Atuel (Q:) - Seminario de RMN2011
Gracias por su atencion !!!1E-mail: [email protected]
1Si tiene problemas para ver las animaciones y videos de esta presentacion, asegurese de tener
instalado un codec para ver formatos AVI. Haga click aqu para descargar un codec gratuitamente.
D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 25 / 25
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Campo magnetico
Charlas recomendadas
Ver antes: Introduccion a la RM
Seguir con: Magnetizacion en RM
Informacion sobre seminario
www.resonanciaaltocampo.com
fadesa.org.ar/fadesa
Red interna: entransito en Atuel (Q:) - Seminario de RMN2011
Gracias por su atencion !!!1E-mail: [email protected]
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instalado un codec para ver formatos AVI. Haga click aqu para descargar un codec gratuitamente.
D. Fino (FUESMEN) Fsica de la RMN Junio de 2011 25 / 25
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Campo magnetico
Charlas recomendadas
Ver antes: Introduccion a la RM
Seguir con: Magnetizacion en RM
Informacion sobre seminario
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fadesa.org.ar/fadesa
Red interna: entransito en Atuel (Q:) - Seminario de RMN2011
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